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CN106206950A - 太阳能电池以及太阳能电池模块 - Google Patents

太阳能电池以及太阳能电池模块 Download PDF

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CN106206950A
CN106206950A CN201610204801.9A CN201610204801A CN106206950A CN 106206950 A CN106206950 A CN 106206950A CN 201610204801 A CN201610204801 A CN 201610204801A CN 106206950 A CN106206950 A CN 106206950A
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CN
China
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insulating layer
solar cell
collector electrode
collector
layer
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Application number
CN201610204801.9A
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铃鹿理生
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明涉及太阳能电池和太阳能电池模块，太阳能电池具备：基板，其具有主面；第1集电极，其配置于主面上；绝缘层，其覆盖主面的一部分、以及第1集电极的一部分；光吸收层，其覆盖第1集电极的至少一部分、以及绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3(式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子)表示的钙钛矿型化合物；以及第2集电极，其配置于光吸收层以及绝缘层上，并通过绝缘层与第1集电极绝缘；其中，在与主面垂直的断面，从主面至绝缘层中将第1集电极的一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从主面至光吸收层中覆盖第1集电极的至少一部分且不覆盖绝缘层的部分的下表面的高度之差在200nm以下。

Description

太阳能电池以及太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池。
背景技术
近年来，进行了将以组成式ABX3表示的钙钛矿型晶体及其类似结构体用作光吸收材料的钙钛矿型太阳能电池的研究开发。
在Jeong-Hyeok Im等4名、“Nature Nanotechnology”(美国)、2014年11月、第9卷、p.927-932中，公开了将由CH3NH3PbI3构成的钙钛矿层用作光吸收层的钙钛矿型太阳能电池。
发明内容
用于解决课题的手段
本发明的一实施方式涉及一种太阳能电池，其具备：基板，其具有主面；第1集电极，其配置于所述主面上；绝缘层，其覆盖所述主面的一部分、以及所述第1集电极的一部分；光吸收层，其覆盖所述第1集电极的至少一部分、以及所述绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3(式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子)表示的钙钛矿型化合物；以及第2集电极，其配置于所述光吸收层以及所述绝缘层上，并通过所述绝缘层与所述第1集电极绝缘；其中，在与所述主面垂直的断面，从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差在200nm以下。
另外，本发明的另一实施方式涉及一种太阳能电池，其具备：基板，其具有主面；第1集电极，其配置于所述主面上；绝缘层，其覆盖所述主面的一部分、以及所述第1集电极的一部分；光吸收层，其覆盖所述第1集电极的至少一部分、以及所述绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3(式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子)表示的钙钛矿型化合物；以及第2集电极，其配置于所述光吸收层以及所述绝缘层上，并通过所述绝缘层与所述第1集电极绝缘；其中，在与所述主面垂直的断面，从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差相对于所述光吸收层的膜厚的比率在0.67以下。
发明的效果
基于本发明的某一实施方式的太阳能电池通过防止漏电流的产生，可以抑制转换效率的降低。
附图说明
图1A为本发明的第1实施方式的太阳能电池的剖视图。
图1B为本发明的第1实施方式的变形例的太阳能电池的剖视图。
图2为比较例1的太阳能电池的剖视图。
图3为比较例2的太阳能电池的剖视图。
图4为本发明的第2实施方式的太阳能电池的剖视图。
图5为本发明的第3实施方式的太阳能电池的剖视图。
图6为本发明的第4实施方式的太阳能电池的剖视图。
图7为本发明的第5实施方式的太阳能电池模块的剖视图。
图8为本发明的实施例1的太阳能电池的剖视图。
图9为图8所示的太阳能电池中的基板的俯视图。
符号说明：
1 基板 2 第1集电极
3 电子传输层 4 光吸收层
5 第2集电极 6 绝缘层
7 多孔质层 8 空穴传输层
具体实施方式
本发明包括以下的项目所述的太阳能电池以及太阳能电池模块。
[项目1]一种太阳能电池，其具备：
基板，其具有主面；
第1集电极，其配置于所述主面上；
绝缘层，其覆盖所述主面的一部分、以及所述第1集电极的一部分；
光吸收层，其覆盖所述第1集电极的至少一部分、以及所述绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3(式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子)表示的钙钛矿型化合物；
以及第2集电极，其配置于所述光吸收层以及所述绝缘层上，并通过所述绝缘层与所述第1集电极绝缘；其中，
在与所述主面垂直的断面，
从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、
与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差在200nm以下。
在项目1所述的太阳能电池中，从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差也可以在160nm以下。
[项目2]根据项目1所述的太阳能电池，其中，
进一步具有电子传输层，所述电子传输层配置在所述第1集电极和所述光吸收层之间，且包含半导体；
所述绝缘层覆盖所述电子传输层的一部分。
[项目3]根据项目2所述的太阳能电池，其中，在所述光吸收层内进一步具有多孔质层，所述多孔质层配置在与所述电子传输层相接触的位置，且包含多孔质体。
[项目4]根据项目1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，进一步具有配置在所述光吸收层和所述第2集电极之间的空穴传输层。
[项目5]根据项目2所述的太阳能电池，其中，所述半导体为氧化钛。
[项目6]根据项目1～5中任一项所述的太阳能电池，其中，所述第2集电极含有碳。
[项目7]根据项目1～6中任一项所述的太阳能电池，其中，所述1价阳离子含有选自甲基铵阳离子、甲脒鎓(formamidinium)阳离子之中的至少一种。
[项目8]根据项目1～7中任一项所述的太阳能电池，其中，所述2价阳离子包含选自Pb2+、Ge2+以及Sn2+之中的至少一种。
[项目9]一种太阳能电池，其具备：
基板，其具有主面；
第1集电极，其配置于所述主面上；
绝缘层，其覆盖所述主面的一部分、以及所述第1集电极的一部分；
光吸收层，其覆盖所述第1集电极的至少一部分、以及所述绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3(式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子)表示的钙钛矿型化合物；
以及第2集电极，其配置于所述光吸收层以及所述绝缘层上，并通过所述绝缘层与所述第1集电极绝缘；其中，
在与所述主面垂直的断面，
从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、
与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差相对于所述光吸收层的膜厚的比率在0.67以下。
[项目10]一种太阳能电池模块，其具有第1太阳能电池和第2太阳能电池，其中，
所述第1太阳能电池具有：
基板，其具有主面，
第1集电极，其配置于所述主面上，
绝缘层，其覆盖所述主面的一部分、以及所述第1集电极的一部分，
光吸收层，其覆盖所述第1集电极的至少一部分、以及所述绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3(式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子)表示的钙钛矿型化合物，
以及第2集电极，其配置于所述光吸收层以及所述绝缘层上，并通过所述绝缘层与所述第1集电极绝缘，
且在与所述主面垂直的断面，
从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、
与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差在200nm以下；
所述第2太阳能电池具有：
第3集电极，其与所述第1集电极相邻接而配置在所述主面上，
第2绝缘层，其覆盖所述主面的另一部分、以及所述第3集电极的一部分，
第2光吸收层，其覆盖所述第3集电极的至少一部分、以及所述第2绝缘层的一部分，且含有所述钙钛矿型化合物，
以及第4集电极，其配置于所述第2光吸收层以及所述第2绝缘层上，且通过所述第2绝缘层与所述第3集电极绝缘，
且在与所述主面垂直的断面，
从所述主面至所述第2绝缘层中将所述第3集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、
与从所述主面至所述第2光吸收层中覆盖所述第3集电极的所述至少一部分且不覆盖所述第2绝缘层的部分的下表面的高度之差在200nm以下；
其中，所述第2集电极与所述第3集电极的一部分相接触。
在项目10所述的太阳能电池模块中，从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差也可以在160nm以下。
另外，在项目10所述的太阳能电池模块中，从所述主面至所述第2绝缘层中将所述第3集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从所述主面至所述第2光吸收层中覆盖所述第3集电极的所述至少一部分且不覆盖所述第2绝缘层的部分的下表面的高度之差也可以在160nm以下。
下面参照附图，就本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
本实施方式的太阳能电池100如图1A所示，具有基板1、第1集电极2、电子传输层3、绝缘层6、光吸收层4以及第2集电极5。
第1集电极2配置于基板1的主面上。电子传输层3配置于第1集电极2上。电子传输层3包含半导体。绝缘层6覆盖基板1的主面的一部分、第1集电极2的一部分、以及电子传输层3的一部分。光吸收层4配置于电子传输层3上、以及绝缘层6的一部分上。光吸收层4包含用组成式ABX3表示的钙钛矿型化合物。式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子。第2集电极5配置于光吸收层4以及绝缘层6上。另外，第2集电极5通过光吸收层4以及绝缘层6而与第1集电极2以及电子传输层3绝缘。另外，在与基板1的主面垂直的断面，从基板1的主面至绝缘层6中将第1集电极2的一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从基板1的主面至光吸收层4中覆盖第1集电极2的至少一部分且不覆盖绝缘层6的部分的下表面的高度之差在200nm以下。换句话说，在与基板1的主面垂直的断面，从基板1的主面至绝缘层6中配置于电子传输层3的一部分上的部分的上表面的高度、与第1集电极2和电子传输层3的膜厚相加所得到的值之差在200nm以下。
接着，就本实施方式的太阳能电池100的基本的作用效果进行说明。
如果向太阳能电池100照射光，则光吸收层4将光吸收，从而产生被激发的电子和空穴。该被激发的电子向电子传输层3移动。另一方面，在光吸收层4产生的空穴向第2集电极5移动。电子传输层3由于与第1集电极2连接，因而在太阳能电池100中，能够以第1集电极2为负极、第2集电极5为正极而取出电流。
通过在太阳能电池100中设置绝缘层6，第1集电极2以及电子传输层3便与第2集电极5绝缘。因此，由于电子从电子传输层3向第2集电极5的移动受到阻碍，因而在电子传输层3和第2集电极5的界面不会发生电子和空穴的复合。也就是说，难以产生漏电流，因而可以使在光吸收层4中产生的电子和空穴高概率地作为电流取出。
另外，将在与基板1的主面垂直的断面，从基板1的主面至绝缘层6中将第1集电极2的一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从基板1的主面至光吸收层4中覆盖第1集电极2的至少一部分且不覆盖绝缘层6的部分的下表面的高度之差设定为200nm以下，由此可以减小绝缘层6和电子传输层3的阶梯差，因而可以平坦地形成光吸收层4。换句话说，将在与基板1的主面垂直的断面，从基板1的主面至绝缘层6中配置于电子传输层3的一部分上的部分的上表面的高度、与第1集电极2和电子传输层3的膜厚相加所得到的值之差设定为200nm以下，由此可以减小绝缘层6和电子传输层3的阶梯差，因而可以平坦地形成光吸收层4。由此，在光吸收层4中难以产生缺损和针孔。因此，由于能够抑制经由缺损或者针孔而使电子传输层3和第2集电极5接触，因而可以降低由电子在第2集电极5中流动所产生的漏电流。
另外，光吸收层4的一部分存在于绝缘层6上。由此，可以防止第2集电极5侵入绝缘层6和光吸收层4之间的间隙。因此，能够抑制因第2集电极5和电子传输层3的接触而产生漏电流。
另外，光吸收层4并没有覆盖全部绝缘层6。也就是说，绝缘层6与第2集电极5在一部分产生接触。通过设计为这样的构成，光吸收层4不会从绝缘层6突出而存在，因而不会增加各太阳能电池间的宽度。
关于因光吸收层4的配置而引起的效果的不同，使用作为比较例的太阳能电池101以及太阳能电池102进行说明。
图2和图3分别是表示作为比较例1的太阳能电池101和作为比较例2的太阳能电池102的结构的示意图。
如图2所示，当光吸收层4不存在于绝缘层6上而在光吸收层4和绝缘层6之间存在间隙时，第2集电极5有侵入间隙的可能性。在此情况下，由于第2集电极5与电子传输层3接触，因而成为产生漏电流的主要原因。
如图3所示，如果光吸收层4覆盖整个绝缘层6，则光吸收层4就从绝缘层6突出而存在。由此，因为各太阳能电池间的宽度增加，所以妨碍太阳能电池模块的小型化。
因此，通过设计为光吸收层4的一部分存在于绝缘层6上，但光吸收层4并不覆盖整个绝缘层6的构成，可以兼顾因绝缘层6导致的漏电流降低的效果、和太阳能电池100的小型化。
电子传输层3也可以完全覆盖第1集电极2的侧面。在此情况下，由于可以防止第1集电极2和光吸收层4的接触，因而可以抑制在光吸收层4产生的空穴向第1集电极2移动，从而能够抑制电子和空穴的复合的发生。
本实施方式的太阳能电池100例如可以采用以下的方法进行制作。首先，在基板1的表面形成第1集电极2。接着，在第1集电极2上采用溅射法等形成电子传输层3。电子传输层3的一部分也可以如图1A所示，从第1集电极2突出而形成于基板1上。接着，在基板1以及电子传输层3上采用涂布法等形成绝缘层6。接着，在电子传输层3上、以及绝缘层6的一部分上，采用涂布法等形成光吸收层4。接着，在光吸收层4以及绝缘层6上形成第2集电极5。通过以上的工序，便可以得到太阳能电池100。
下面就太阳能电池100的各构成进行详细的说明。
[基板1]
基板1在构成太阳能电池100时，在物理学上起着将太阳能电池的层叠的各层作为膜进行保持的作用。基板1具有透光性。作为基板1，例如可以使用玻璃基板或者塑料基板(包括塑料薄膜)等。
[第1集电极2]
第1集电极2具有导电性。另外，第1集电极2具有透光性。第1集电极2例如能透过可见光以及近红外光。
第1集电极2可以使用透明且具有导电性的金属氧化物等材料来形成。透明且具有导电性的金属氧化物例如为铟-锡复合氧化物、掺杂了锑的氧化锡、掺杂了氟的氧化锡、掺杂了硼、铝、镓或者铟的氧化锌、或者它们的复合物。
另外，第1集电极2可以使用不透明的材料并设计可透过光的图案来形成。作为可透过光的图案，例如可以列举出线状(条纹状)、波浪线状、格子状(网格状)、规则地或者不规则地排列有多个微细的贯通孔的冲孔金属状的图案、或者相对于它们进行了负片、正片反转的图案。如果第1集电极2具有这些图案，则光可以透过不存在电极材料的部分。作为不透明的电极材料，例如可以列举出铂、金、银、铜、铝、铑、铟、钛、铁、镍、锡、锌、或者含有它们之中的任一种的合金。另外，也可以使用具有导电性的碳材料。
第1集电极2的光的透过率例如为50％以上，也可以为80％以上。应透过的光的波长依赖于光吸收层4的吸收波长。第1集电极2的厚度例如在1nm～1000nm的范围内。
另外，当第1集电极2具有对于来自光吸收层4的空穴的阻挡性时，如图1B所示，太阳能电池也可以不具有电子传输层3。图1B为本实施方式的变形例的太阳能电池110的剖视图。所谓对于来自光吸收层4的空穴的阻挡性，是指仅使在光吸收层4产生的电子通过而不使空穴通过的性质。所谓具有这样的性质的材料，是指费米能级比光吸收层4的价带下端的能级高的材料。作为具体的材料，可以列举出铝。
[光吸收层4]
光吸收层4包含作为光吸收材料的具有用组成式ABX3表示的钙钛矿型结构的化合物。A为一价阳离子。作为A的例子，可以列举出碱金属阳离子或者有机阳离子之类的一价阳离子。进一步具体地说，作为A的例子，可以列举出甲基铵阳离子(CH3NH3 +)、甲脒鎓阳离子(NH2CHNH2 +)、铯阳离子(Cs+)。B为2价阳离子。B例如为过渡金属或者第13族元素～第15族元素的2价阳离子。进一步具体地说，作为B的例子，可以列举出Pb2+、Ge2+、Sn2+。X为卤素阴离子等1价阴离子。A、B、X各自的位点也可以被多种离子所占有。作为具有钙钛矿型结构的化合物的具体例子，可以列举出CH3NH3PbI3、NH2CHNH2PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CsPbI3、CsPbBr3。
光吸收层4的厚度虽然也取决于其光吸收的大小，但作为例子，可为100nm～1000nm。光吸收层4可以使用基于溶液的涂布法、或者共蒸镀法等来形成。
另外，光吸收层4也可以处于一部分与电子传输层3混在一起这样的形态。
[电子传输层3]
电子传输层3包含半导体。电子传输层3也可以是带隙为3.0eV以上的半导体。通过采用带隙为3.0eV以上的物质来形成电子传输层3，可以使可见光以及红外光透过直至光吸收层4。作为半导体的例子，可以列举出有机或者无机n型半导体。
作为有机n型半导体，可以列举出酰亚胺化合物、醌化合物、以及富勒烯及其衍生物等。另外，作为无机半导体，例如可以使用金属元素的氧化物、钙钛矿型氧化物。作为金属元素的氧化物，例如可以使用Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Cr的氧化物。作为更具体的例子，可以列举出TiO2。作为钙钛矿型氧化物，例如可以使用SrTiO3、CaTiO3。
另外，电子传输层3也可以由带隙大于6eV的物质来形成。作为带隙大于6eV的物质，可以列举出氟化锂或者氟化钙等碱金属或者碱土类金属的卤化物、氧化镁等碱金属氧化物、二氧化硅等。在此情况下，为了确保电子传输层3的电子传输性，电子传输层3被构成为大概10nm以下。
电子传输层3也可以将材料层叠而形成，或者以交互连接的形式形成多层。
[绝缘层6]
绝缘层6的材料可以是绝缘性的材料。例如，可以列举出树脂材料、无机氧化物、无机氮化物、高带隙的半导体。作为具体的材料，作为树脂材料可以列举出聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、丁二烯橡胶等高分子材料及其衍生物。作为无机氧化物、无机氮化物，可以列举出碱金属、碱土类金属、过渡金属或者第13、14族元素的氧化物或者氮化物。这些材料既可以单独使用，也可以混合使用。
[第2集电极5]
第2集电极5具有对于来自光吸收层4的电子的阻挡性。所谓对于来自光吸收层4的电子的阻挡性，是指仅使在光吸收层4产生的空穴通过而不使电子通过的性质。所谓具有这样的性质的材料，是指费米能级比光吸收层4的导带上端的能级高的材料。作为具体的材料，可以列举出金、或者石墨烯等碳材料。
(第2实施方式)
本实施方式的太阳能电池200在进一步具有多孔质层7这一点上与第1实施方式的太阳能电池100不同。
下面就太阳能电池200进行说明。具有与就太阳能电池100进行过说明的构成要素相同的功能和构成的构成要素标注共同的符号并省略说明。
本实施方式的太阳能电池200如图4所示，具有基板1、第1集电极2、电子传输层3、多孔质层7、绝缘层26、光吸收层24以及第2集电极5。
光吸收层24配置于电子传输层3以及绝缘层26上。另外，第2集电极5通过绝缘层26而与第1集电极2以及电子传输层3绝缘。
多孔质层7配置于在光吸收层24内与电子传输层3相接触的位置。绝缘层26至少与电子传输层3的侧面以及多孔质层7的侧面相接触而配置于基板1上。
在与基板1的主面垂直的断面，从基板1的主面至绝缘层26中将第1集电极2的一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从基板1的主面至光吸收层24中覆盖第1集电极2的至少一部分且不覆盖绝缘层26的部分的下表面的高度之差在200nm以下。换句话说，在与基板1的主面垂直的断面，从基板1的主面至绝缘层26中配置于电子传输层3的一部分上的部分的上表面的高度、与第1集电极2和电子传输层3的膜厚相加所得到的值之差在200nm以下。此外，关于多孔质层7的膜厚，是在太阳能电池200的垂直方向的剖视图中，当取水平方向为x轴、垂直方向为y轴时，构成多孔质层7的上表面的曲线的y坐标的平均值与电子传输层3的上表面的高度之差。
接着，就本实施方式的太阳能电池200的基本的作用效果进行说明。
太阳能电池200的工作与太阳能电池100同样。在本实施方式中，也可以得到与第1实施方式同样的效果。
另外，通过在电子传输层3上设置多孔质层7，光吸收层24的材料便侵入多孔质层7的孔中。也就是说，多孔质层7内部的孔隙被光吸收层24的材料所填充。因此，可以增大光吸收层24的表面积，从而可以使光吸收层24吸收更多的光。
另外，将在与基板1的主面垂直的断面，从基板1的主面至绝缘层26中将第1集电极2的一部分覆盖的部分的上表面的高度、与从基板1的主面至光吸收层24中覆盖第1集电极2的至少一部分且不覆盖绝缘层26的部分的下表面的高度之差设定为200nm以下，由此可以平坦地形成光吸收层24。换句话说，将在与基板1的主面垂直的断面，从基板1的主面至绝缘层26中配置于电子传输层3的一部分上的部分的上表面的高度、与第1集电极2和电子传输层3的膜厚相加所得到的值之差设定为200nm以下，由此可以平坦地形成光吸收层24。由此，在光吸收层24中难以产生缺损和针孔。因此，由于能够抑制经由缺损或者针孔而使电子传输层3和第2集电极5接触，因而可以降低由电子在第2集电极5中流动所产生的漏电流。
本实施方式的太阳能电池200可以采用与太阳能电池100同样的方法进行制作。多孔质层7采用涂布法等在电子传输层3上形成。
下面就太阳能电池200的各构成要素进行具体的说明。此外，对于与太阳能电池100共同的要素，将其说明予以省略。
[多孔质层7]
多孔质层7成为形成光吸收层24时的基台。多孔质层7不会阻碍光吸收层24的光吸收、以及从光吸收层24向电子传输层3的电子移动。
多孔质层7包含多孔质体。作为多孔质体，例如可以列举出绝缘性或者半导体性的粒子连接而成的多孔质体。作为绝缘性的粒子，可以使用氧化铝、氧化硅等粒子。作为半导体粒子，可以使用无机半导体粒子。作为无机半导体，可以使用金属元素的氧化物、钙钛矿型氧化物、硫化物以及金属硫族化合物。作为金属元素的氧化物的例子，可以列举出Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Cr的氧化物。作为更具体的金属元素的氧化物的例子，可以列举出TiO2。作为钙钛矿型氧化物的例子，可以列举出SrTiO3、CaTiO3。作为硫化物的例子，可以列举出CdS、ZnS、In2S3、PbS、Mo2S、WS2、Sb2S3、Bi2S3、ZnCdS2以及Cu2S。作为金属硫族化合物的例子，可以列举出CdSe、In2Se3、WSe2、HgS、PbSe以及CdTe。
多孔质层7的厚度可以为0.01μm～10μm，也可以为0.1μm～1μm。另外，多孔质层7的表面粗糙度也可以较大。具体地说，用实际面积/投影面积给出的表面粗糙度系数可以为10以上，也可以为100以上。此外，所谓投影面积，是指用光从正前方照射物体时，在后面形成的阴影的面积。所谓实际面积，是指物体的实际表面积。实际面积可以由从物体的投影面积以及厚度求出的体积、和构成物体的材料的比表面积以及体积密度来计算。
[光吸收层24]
可以设计为与第1实施方式的光吸收层4同样的构成。
[绝缘层26]
可以设计为与第1实施方式的绝缘层6同样的构成。
(第3实施方式)
本实施方式的太阳能电池300在进一步具有空穴传输层8这一点上与第1实施方式的太阳能电池100不同。另外，太阳能电池300与太阳能电池100相比，基板31、第1集电极32以及第2集电极35的构成不同。
下面就太阳能电池300进行说明。具有与就太阳能电池100进行过说明的构成要素相同的功能和构成的构成要素标注共同的符号并省略说明。
本实施方式的太阳能电池300如图5所示，具有基板31、第1集电极32、电子传输层3、绝缘层6、光吸收层4、空穴传输层8以及第2集电极35。
空穴传输层8配置在光吸收层4和第2集电极35之间。
接着，就本实施方式的太阳能电池300的基本的作用效果进行说明。
如果向太阳能电池300照射光，则光吸收层4将光吸收，从而产生被激发的电子和空穴。该被激发的电子向电子传输层3移动。另一方面，在光吸收层4产生的空穴向空穴传输层8移动。由于电子传输层3与第1集电极32连接，且空穴传输层8与第2集电极35连接，因而在太阳能电池300中，可以将第1集电极32作为负极、将第2集电极35作为正极而取出电流。
根据本实施方式，也可以得到与第1实施方式同样的效果。
另外，在本实施方式中，设置有空穴传输层8。因此，第2集电极35对于来自光吸收层4的电子也可以不具有阻挡性。因此，第2集电极35的材料选择的宽度较广。
本实施方式的太阳能电池300可以采用与太阳能电池100同样的方法进行制作。空穴传输层8采用涂布法等在光吸收层4上形成。
下面就太阳能电池300的各构成要素进行具体的说明。
[第1集电极32以及第2集电极35]
在本实施方式中，为了利用空穴传输层8，第2集电极35对于来自光吸收层4的电子也可以不具有阻挡性。也就是说，第2集电极35的材料也可以是与光吸收层4进行欧姆接触的材料。因此，第2集电极35也可以形成为具有透光性。
第1集电极32以及第2集电极35之中的至少一方具有透光性，具有与第1集电极2同样的构成。
在第1集电极32以及第2集电极35的一方具有透光性的情况下，第1集电极32以及第2集电极35的另一方也可以不具有透光性。在此情况下，没有必要在集电极上形成不存在电极材料的区域。
[基板31]
可以设计为与基板1同样的构成。另外，在第2集电极35具有透光性的情况下，可以使用不透明的材料来形成基板31。例如，可以使用金属、陶瓷、或者透过性较小的树脂材料。
[空穴传输层8]
空穴传输层8由有机物、或者无机半导体等构成。空穴传输层8也可以将这些构成材料层叠而形成，或者以交互连接的形式形成多层。
作为有机物，可以列举出在骨架内含有叔胺的苯胺、三苯胺衍生物、以及含有噻吩结构的PEDOT化合物等。分子量并没有特别的限定，也可以是高分子体。在采用有机物形成空穴传输层8的情况下，膜厚可以为1nm～1000nm，也可以为100nm～500nm。只要膜厚在该范围内，就可以维持低电阻，而且表现出充分的空穴传输性。
作为无机半导体，可以使用CuO、Cu2O、CuSCN、氧化钼或者氧化镍等p型半导体。在采用无机半导体形成空穴传输层8的情况下，膜厚可以为1nm～1000nm，也可以为10nm～50nm。只要膜厚在该范围内，就可以维持低电阻，而且表现出充分的空穴传输性。
空穴传输层8的形成方法可以采用涂布法或者印刷法。作为涂布法，例如可以列举出刮刀法、棒涂法、喷涂法、浸渍涂布法、旋转涂布法。作为印刷法，可以列举出丝网印刷法。另外，也可以根据需要对混合物的膜进行加压或者烧成等。在空穴传输层8的材料为有机低分子体或无机半导体的情况下，也可以采用真空蒸镀法等来制作。
空穴传输层8也可以含有支持电解质以及溶剂。
作为支持电解质，可以列举出铵盐、碱金属盐等。作为铵盐，例如可以列举出高氯酸四丁基铵、六氟磷酸四乙基铵、咪唑鎓盐以及吡啶盐。作为碱金属盐，可以列举出高氯酸锂以及四氟化硼钾等。
空穴传输层8中含有的溶剂也可以是离子传导性优良的溶剂。作为空穴传输层8中含有的溶剂，水系溶剂以及有机溶剂都可以使用。如果空穴传输层8中含有的溶剂为有机溶剂，则可以使溶质更加稳定化。作为有机溶剂的例子，可以列举出碳酸酯化合物、酯化合物、醚化合物、杂环化合物、腈化合物、非质子性极性化合物。
作为碳酸酯化合物的例子，可以列举出碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯以及碳酸亚丙酯。作为酯化合物的例子，可以列举出醋酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯。作为醚化合物的例子，可以列举出二乙基醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,3-二氧杂戊环(dioxosilane)、四氢呋喃以及2-甲基-四氢呋喃。作为杂环化合物的例子，可以列举出3-甲基-2-噁唑烷酮、2-甲基吡咯烷酮。作为腈化合物的例子，可以列举出乙腈、甲氧基乙腈以及丙腈。作为非质子性极性化合物的例子，可以列举出环丁砜、二甲亚砜以及二甲基甲酰胺。
这些溶剂既可以分别单独使用，而且也可以混合2种以上使用。空穴传输层8中含有的溶剂也可以是碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等碳酸酯化合物，γ-丁内酯、3-甲基-2-噁唑烷酮、2-甲基吡咯烷酮等杂环化合物，以及乙腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙腈或者戊腈等腈化合物。
另外，作为溶剂，既可以单独使用离子液体，或者也可以在另一种溶剂中混合离子液体来使用。离子液体的挥发性低，而且阻燃性高。
作为离子液体，例如可以列举出1-乙基-3-甲基咪唑四氰基硼酸盐等咪唑鎓系、吡啶系、脂环式胺系、脂肪族胺系以及偶氮胺系离子液体。
(第4实施方式)
本实施方式的太阳能电池400在进一步具有多孔质层7这一点上与第3实施方式的太阳能电池300不同。换句话说，太阳能电池400在进一步具有多孔质层7这一点上与第2实施方式的太阳能电池200不同。
下面就太阳能电池400进行说明。具有与就太阳能电池200以及太阳能电池300进行过说明的构成要素相同的功能和构成的构成要素标注共同的符号并省略说明。
本实施方式的太阳能电池400如图6所示，具有基板31、第1集电极32、电子传输层3、绝缘层26、多孔质层7、光吸收层24、空穴传输层8以及第2集电极35。
太阳能电池400的工作与太阳能电池300同样。根据本实施方式，也可以得到与第2实施方式以及第3实施方式同样的效果。
本实施方式的太阳能电池400可以采用与太阳能电池200以及太阳能电池300同样的方法进行制作。
(第5实施方式)
本实施方式的太阳能电池模块500如图7所示，具有太阳能电池501以及太阳能电池502。此外，在图7中示出了太阳能电池502的一部分，但太阳能电池502的构成与太阳能电池501相同。太阳能电池501以及太阳能电池502的构成与第1实施方式的太阳能电池100基本相同。
太阳能电池501如图7所示，具有基板1、第1集电极2、电子传输层3、绝缘层6、光吸收层4以及第2集电极5。
太阳能电池502与太阳能电池501共有基板1，具有第3集电极12、第2电子传输层13、未图示的第2绝缘层、第2光吸收层14以及第4集电极15。
太阳能电池501的第2集电极5与太阳能电池502的第3集电极12的一部分相接触。
接着，就本实施方式的钙钛矿型太阳能电池模块500的基本的作用效果进行说明。
太阳能电池501以及太阳能电池502的作用效果与第1实施方式的太阳能电池100的作用效果相同。
太阳能电池501的第2集电极5与太阳能电池501的第3集电极12相接触。也就是说，太阳能电池501以及太阳能电池502串联连接。因此，可以将太阳能电池501的第1集电极2作为负极、将太阳能电池502的第4集电极15作为正极而取出电流。
下面就太阳能电池模块500的各构成要素进行具体的说明。此外，对于与太阳能电池100共同的要素，将其说明予以省略。
太阳能电池502中的第3集电极12、第2电子传输层13、第2光吸收层14、第4集电极15、第2绝缘膜可以分别设计为与第1集电极2、电子传输层3、光吸收层4、第2集电极5、绝缘膜6同样的构成。
第2电子传输层13、第2光吸收层14、第4集电极15被配置为与第2集电极5之间设置间隙。这是因为如果第2电子传输层13、第2光吸收层14、第4集电极15与第2集电极5接触，则太阳能电池501与太阳能电池502发生短路，从而产生漏电流。另外，第2光吸收层14也可以配置为不覆盖第2电子传输层13的整个面。这样一来，借助于第2电子传输层13，可以防止第2光吸收层14和第3集电极12的接触，从而可以抑制漏电流的产生。
太阳能电池501以及太阳能电池502也可以设计为与太阳能电池200、太阳能电池300、太阳能电池400同样的构成。另外，太阳能电池501以及太阳能电池502的构成也可以不同。太阳能电池模块500也可以具有3个以上的太阳能电池。
本实施方式的太阳能电池模块500可以采用与太阳能电池100同样的方法进行制作。
【实施例】
下面通过实施例，就本发明进行具体的说明。制作出实施例1、实施例2以及比较例1～4的太阳能电池，并就其特性进行了评价。评价结果归纳表示于表1中。
[实施例1]
制作出与图8所示的太阳能电池401具有相同结构的太阳能电池。太阳能电池401被设计为在太阳能电池400上附加第5集电极42的构成。各构成要素如下所述。
基板31：玻璃基板(厚度0.7mm)
第1集电极32：氟掺杂SnO2层(表面电阻10Ω/sq.)
第5集电极42：氟掺杂SnO2层(表面电阻10Ω/sq.)
电子传输层3：氧化钛(膜厚30nm)
多孔质层7：多孔质氧化钛(膜厚200nm)
光吸收层24：CH3NH3PbI3(膜厚300nm)
空穴传输层8：Spiro-OMeTAD(Merk公司生产)(膜厚300nm)
绝缘层26：聚苯乙烯
第2集电极35：银(厚度10μm)
实施例1的太阳能电池采用如下的方法进行制作。
准备在主面上具有氟掺杂SnO2层的厚度为0.7mm的导电性玻璃基板(日本板硝子生产)。将其用作基板31。
通过激光处理将基板31上的氟掺杂SnO2层的一部分除去，从而制作出具有图9之类的图案的第1集电极32以及第5集电极42。
在第1集电极32上，采用溅射法形成厚度大约为30nm的氧化钛层作为电子传输层3。
接着，使平均1次粒子径为20nm的高纯度氧化钛粉末分散于乙基纤维素中，从而制作出氧化钛浆料。在电子传输层3上涂布氧化钛浆料并使其干燥，进而在500℃下于空气中烧成30分钟，从而形成厚度为0.2μm的多孔质氧化钛层即多孔质层7。
接着，将聚苯乙烯溶解于氯仿中，以便使其浓度达到7mg/ml，然后涂布于电子传输层3的一部分上以及基板31的不存在第1集电极的部分上。然后，通过干燥而形成绝缘层26。
接着，制作以1mol/L的浓度含有PbI2、以1mol/L的浓度含有碘化甲基铵的二甲亚砜(DMSO)溶液，将其旋转涂布于多孔质层7上。然后，在130℃的热板上进行热处理，从而得到作为光吸收层24的具有钙钛矿型结构的CH3NH3PbI3层。
接着，将以60mmol/L的浓度含有Spiro-OMeTAD、以30mmol/L的浓度含有双(氟磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、以200mmol/L的浓度含有叔丁基吡啶(tBP)、以1.2mmol/L的浓度含有Co络合物(FK209：dyesol公司生产)的氯苯溶液采用旋转涂布法涂布在光吸收层24上，从而制作出空穴传输层8。
最后，将银浆料涂布在空穴传输层8以及绝缘层26上，而且涂布成与第5集电极42相接触，从而制作出作为第2集电极35的银层。
[实施例2、比较例1～3]
对于实施例1的太阳能电池中的绝缘层26的材料即聚苯乙烯溶液的浓度，在实施例2中变化为13mg/ml，在比较例1中变化为16mg/ml，在比较例2中变化为26mg/ml，在比较例3中变化为67mg/ml，从而制作出绝缘层26。此外，在实施例2以及比较例1～3中，聚苯乙烯溶液的使用量与实施例1的太阳能电池同量。
[比较例4]
在实施例2的太阳能电池中，空出500μm的间隙而制作光吸收层24，以便与绝缘层26不发生接触。
[评价方法]
＜阶梯差的测定＞
采用触针式阶梯差计对图8所示的阶梯差S进行了测定。阶梯差S在图8所示的太阳能电池401的断面中，与从基板31的主面至绝缘层26中将电子传输层3的一部分覆盖的部分的上表面的高度、和从基板31的主面测得的第1集电极32以及电子传输层3的膜厚相加所得到的值之差相当。结果如表1所示。
＜漏电流测定＞
在第1集电极32和第5集电极42之间施加+0.1V的电压，测定此时的电流值。结果如表1所示。
表1
根据表1的结果，实施例2和比较例4相比较，阶梯差S均为160nm，但在实施例2中，漏电流的值相对于比较例4减小。因此，通过将光吸收层24的一部分设置在绝缘层26上，可以抑制漏电流的产生。
另外，在实施例1、2中，漏电流的值相对于比较例1～3减小。因此，通过将阶梯差S设定为200nm以下，可以抑制漏电流的产生。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，其具备：
基板，其具有主面；
第1集电极，其配置于所述主面上；
绝缘层，其覆盖所述主面的一部分、以及所述第1集电极的一部分；
光吸收层，其覆盖所述第1集电极的至少一部分、以及所述绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3表示的钙钛矿型化合物，式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子；
以及第2集电极，其配置于所述光吸收层以及所述绝缘层上，并通过所述绝缘层与所述第1集电极绝缘；其中，
在与所述主面垂直的断面，
从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、
与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差在200nm以下。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，
进一步具有电子传输层，所述电子传输层配置在所述第1集电极和所述光吸收层之间，且包含半导体；
所述绝缘层覆盖所述电子传输层的一部分。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，在所述光吸收层内进一步具有多孔质层，所述多孔质层配置在与所述电子传输层相接触的位置，且包含多孔质体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，进一步具有配置在所述光吸收层和所述第2集电极之间的空穴传输层。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述半导体为氧化钛。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述第2集电极含有碳。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述1价阳离子含有选自甲基铵阳离子以及甲脒鎓阳离子之中的至少一种。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述2价阳离子包含选自Pb2+、Ge2+以及Sn2+之中的至少一种。
9.一种太阳能电池，其具备：
基板，其具有主面；
第1集电极，其配置于所述主面上；
绝缘层，其覆盖所述主面的一部分、以及所述第1集电极的一部分；
光吸收层，其覆盖所述第1集电极的至少一部分、以及所述绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3表示的钙钛矿型化合物，式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子；
以及第2集电极，其配置于所述光吸收层以及所述绝缘层上，并通过所述绝缘层与所述第1集电极绝缘；其中，
在与所述主面垂直的断面，
从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、
与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差相对于所述光吸收层的膜厚的比率在0.67以下。
10.一种太阳能电池模块，其具有第1太阳能电池和第2太阳能电池，其中，
所述第1太阳能电池具有：
基板，其具有主面，
第1集电极，其配置于所述主面上，
绝缘层，其覆盖所述主面的一部分、以及所述第1集电极的一部分，光吸收层，其覆盖所述第1集电极的至少一部分、以及所述绝缘层的一部分，且含有用组成式ABX3表示的钙钛矿型化合物，式中，A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子，
以及第2集电极，其配置于所述光吸收层以及所述绝缘层上，并通过所述绝缘层与所述第1集电极绝缘，
且在与所述主面垂直的断面，
从所述主面至所述绝缘层中将所述第1集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、
与从所述主面至所述光吸收层中覆盖所述第1集电极的所述至少一部分且不覆盖所述绝缘层的部分的下表面的高度之差在200nm以下；
所述第2太阳能电池具有：
第3集电极，其与所述第1集电极相邻接而配置在所述主面上，
第2绝缘层，其覆盖所述主面的另一部分、以及所述第3集电极的一部分，
第2光吸收层，其覆盖所述第3集电极的至少一部分、以及所述第2绝缘层的一部分，且含有所述钙钛矿型化合物，
以及第4集电极，其配置于所述第2光吸收层以及所述第2绝缘层上，且通过所述第2绝缘层与所述第3集电极绝缘，
且在与所述主面垂直的断面，
从所述主面至所述第2绝缘层中将所述第3集电极的所述一部分覆盖的部分的上表面的高度、
与从所述主面至所述第2光吸收层中覆盖所述第3集电极的所述至少一部分且不覆盖所述第2绝缘层的部分的下表面的高度之差在200nm以下；
其中，所述第2集电极与所述第3集电极的一部分相接触。
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